Tecnología de multidifusión
La primera demostración a gran escala de una conferencia de multidifusión IP fue en la 23ª Conferencia del IETF en marzo de 1992, cuando se utilizó para transmitir en vivo a investigadores y observadores interesados de todo el mundo algunas reuniones. Posteriormente, algunas reuniones del IETF se multidifundieron selectivamente en MBONE y en algunas redes de multidifusión privadas.
La seguridad de multidifusión es un tema importante. Las soluciones de seguridad de comunicaciones estándar y prácticas generalmente utilizan cifrado simétrico. Pero aplicarlo al tráfico de multidifusión IP podría brindarle a cualquier receptor la capacidad de hacerse pasar por el remitente. Obviamente esto es inaceptable. El grupo de trabajo MSEC del IETF está desarrollando protocolos de seguridad para resolver este problema, la mayoría de los cuales se desarrollan dentro del marco del conjunto de protocolos IPsec.
IPsec no se puede utilizar en escenarios de multidifusión porque las asociaciones de seguridad de IPsec están vinculadas a dos hosts, no a varios hosts. El IETF propuso un nuevo protocolo, Tesla, que es flexible y convincente en seguridad de multidifusión. Los protocolos de multidifusión se dividen en protocolos de pertenencia a grupos entre hosts y enrutadores y protocolos de enrutamiento de multidifusión entre enrutadores. Los protocolos de membresía de grupo incluyen IGMP (Protocolo de administración de grupos de Internet). Los protocolos de enrutamiento de multidifusión se dividen en protocolos de enrutamiento de multidifusión intradominio y protocolos de enrutamiento de multidifusión entre dominios. Los protocolos de enrutamiento de multidifusión dentro de dominios incluyen PIM-SM, PIM-DM, DVMRP y otros protocolos, y los protocolos de enrutamiento de multidifusión entre dominios incluyen MBGP, MSDP y otros protocolos. Al mismo tiempo, para suprimir eficazmente la proliferación de datos de multidifusión de capa de enlace, se introdujeron protocolos de multidifusión de capa 2 como IGMP snooping y CGMP. ¡Hizo una gran contribución a la historia de la tecnología de multidifusión!
IGMP establece y mantiene información de membresía de grupo para el segmento de red directo del enrutador. El protocolo de enrutamiento de multidifusión intradominio utiliza un determinado algoritmo de enrutamiento de multidifusión para construir un árbol de distribución de multidifusión y reenviar paquetes de multidifusión en función de la información de los miembros de estos grupos de multidifusión mantenidos por IGMP. El protocolo de enrutamiento de multidifusión entre dominios publica información de enrutamiento con capacidad de multidifusión e información de origen de multidifusión entre dominios autónomos, de modo que los datos de multidifusión se puedan reenviar entre dominios. Las direcciones IP de multidifusión se utilizan para identificar grupos de multidifusión IP. iana (Autoridad de Número Asignado de Internet) asigna espacio de direcciones de Clase D para multidifusión IP, desde 224.0.0.0 hasta 239.255.255.255. Como se muestra en la siguiente figura (representación binaria), los primeros cuatro dígitos de la dirección de multidifusión IP son 1110 octeto(1)octeto(2)octeto(3)octeto(4)110.
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Los grupos de multidifusión pueden ser permanentes o temporales. Algunas direcciones de grupos de multidifusión se asignan oficialmente y se denominan grupos de multidifusión permanentes. La dirección IP de un grupo de multidifusión permanente sigue siendo la misma, mientras que los miembros del grupo pueden cambiar. El número de miembros de un grupo de multidifusión permanente puede ser arbitrario, incluso cero. Las direcciones IP de multidifusión que no están reservadas para grupos de multidifusión permanentes pueden ser utilizadas por grupos de multidifusión temporales.
224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 son direcciones de multidifusión reservadas (direcciones de grupo permanentes). La dirección 224.0.0.0 es una dirección reservada y no será asignada por los protocolos de enrutamiento.
224. 0. 1.0 ~ 238. 255. 255. 255 es una dirección de multidifusión (dirección de grupo temporal) disponible para los usuarios, que es válida para toda la red.
239.0.0.0 ~ 239.255.255.255 es la dirección de multidifusión de administración local, que solo es válida dentro de un rango local específico. La lista de direcciones de multidifusión reservadas comúnmente utilizadas es la siguiente:
224.0.0.0 dirección base (reservada)
224.0.0.1 La dirección de todos los hosts.
224.0.0.2 La dirección de todos los enrutadores de multidifusión
224.0.0.3 no está asignada
224.0.0.4 enrutador dvmrp (Protocolo de enrutamiento de multidifusión vectorial de distancia).
224.0.0.5 Enrutador OSPF (abrir primero la ruta más corta)
224.0.0.6 Recuperación ante desastres OSPF (enrutador designado)
224.0.0.7 st (árbol compartido) enrutador
224.0.0.8 host
224.0.0.9 enrutador rip-2
224.0.0.10 enrutador EIGRP (Protocolo de enrutamiento de puerta de enlace interior mejorado) 224.0.0.11 actividad Proxy
224.0.0.12 servidor dhcp/proxy de retransmisión
224.0.0.13 Todos los enrutadores PIM (protocolo independiente de multidifusión)
224.0.0.14 Encapsulación RSVP (protocolo preliminar de recursos)
224.0.0.15 Todos los enrutadores cbt
224.0.0.16 tiene SBM (Administración de ancho de banda de subred) especificado.
224.0.0.17 Todos los SBM
224.0.0.18 VRRP (Protocolo de redundancia de enrutador virtual)
239.255.255.255 Uso del protocolo SSDP
Multidifusión Dirección MAC
Los 24 bits superiores de la dirección MAC de multidifusión son 0x01005e y el bit 25 es 0, es decir, los 25 bits superiores son valores fijos. Los 23 bits inferiores de la dirección MAC son los 23 bits inferiores de la dirección IP de multidifusión. Dado que los primeros 4 dígitos de la dirección IP de multidifusión son 1110, que representa la identificación de multidifusión, y solo 23 de los últimos 28 dígitos están asignados a la dirección MAC, se pierden 4 dígitos de información en la dirección IP, lo que da como resultado 32 IP de multidifusión. direcciones asignadas a la misma dirección MAC. En el modo de multidifusión, el remitente de la información se denomina "fuente de multidifusión", el receptor de la información se denomina "grupo de multidifusión" de la información y todos los enrutadores que admiten la transmisión de información de multidifusión se denominan "enrutadores de multidifusión". Los miembros receptores que se unen al mismo grupo de multidifusión pueden estar ampliamente distribuidos en cualquier lugar de la red, es decir, no existe restricción geográfica en el "grupo de multidifusión". Cabe señalar que una fuente de multidifusión no necesariamente pertenece a un grupo de multidifusión. Envía datos al grupo de multidifusión, no necesariamente al destinatario. Varias fuentes de multidifusión pueden enviar mensajes a un grupo de multidifusión simultáneamente.
Supongamos que solo el host B, el host D y el host E necesitan información. Cuando se utiliza el modo de multidifusión, estos hosts pueden unirse al mismo grupo de multidifusión. La fuente de multidifusión solo necesita enviar un mensaje a este grupo de multidifusión, y los enrutadores de la red copiarán y reenviarán el mensaje de acuerdo con la distribución de miembros en el grupo de multidifusión. El mensaje final se enviará con precisión al host B y al host B. D y anfitrión E. El protocolo IGMP se ejecuta entre un host y su enrutador de multidifusión conectado directamente. Un host le dice al enrutador local que quiere unirse y aceptar información de un grupo de multidifusión específico. Al mismo tiempo, el enrutador consulta periódicamente a través de este protocolo si los miembros de un grupo conocido en la LAN están activos (es decir, si hay miembros de un determinado grupo de multidifusión en este segmento de red), recopilando y manteniendo así a los miembros de la relación del grupo de red conectado.
IGMP tiene tres versiones. IGMPv1 está definido por RFC1112. Actualmente el uso más común es IGMPv2, definido por RFC2236. IGMPv3 es todavía un borrador. El proceso básico de consulta y generación de informes de los miembros del grupo se define en IGMPv1. Sobre esta base, IGMPv2 agrega un mecanismo para que los miembros del grupo abandonen rápidamente. La característica principal agregada en IGMPv3 es que los miembros pueden especificar si desean recibir mensajes de ciertas fuentes de multidifusión. Este artículo se centra en las funciones del protocolo IGMPv2.
IGMPv2 utiliza el mecanismo de elección de interrogador para elegir un interrogador único para el segmento de red conectado. El interrogador envía periódicamente mensajes de consulta de grupo general para consultar la membresía; el anfitrión envía mensajes de informe para responder la consulta. Al unirse a un grupo de multidifusión, el host no tiene que esperar mensajes de consulta y envía mensajes de informe de forma proactiva. Al abandonar un grupo de multidifusión, el host envía un mensaje para abandonar el grupo; después de recibir el mensaje para abandonar el grupo, el interrogador envía un mensaje de consulta de grupo específico para determinar si todos los miembros del grupo se han ido.
A través del mecanismo IGMP anterior, se establece una tabla en el enrutador de multidifusión. La tabla incluye cada puerto del enrutador y los miembros de los grupos en la subred correspondiente al puerto.
Cuando un enrutador recibe un paquete de datos de un determinado grupo G, solo reenvía el paquete de datos a aquellos puertos que tienen miembros G. La forma en que se reenvían los paquetes de datos entre enrutadores está determinada por el protocolo de enrutamiento y el protocolo IGMP no es responsable de esto. Los protocolos relacionados para la multidifusión de capa 2 en la capa de red incluyen los protocolos IGMP snooping, IGMP proxy y CGMP.
El mecanismo de implementación del espionaje IGMP es: el conmutador forma una relación correspondiente entre los miembros del grupo y la interfaz del conmutador escuchando los mensajes de informe enviados por el host a los miembros IGMP del enrutador de acuerdo con la relación correspondiente; , el conmutador solo recibirá paquetes de multidifusión reenviados a interfaces que sean miembros de un grupo.
El proxy IGMP y el snooping IGMP tienen la misma función, pero con mecanismos diferentes: el snooping IGMP solo obtiene información relevante escuchando mensajes IGMP, mientras que el proxy IGMP intercepta la solicitud IGMP del usuario final y luego la reenvía al nivel superior. enrutador de capa.
CGMP (Cisco Group Management Protocol) es un protocolo privado desarrollado por Cisco basado en el modelo cliente/servidor. Con el soporte de CGMP, el enrutador de multidifusión puede notificar al conmutador qué hosts se unirán y abandonarán el grupo de multidifusión en función de los paquetes IGMP recibidos. El conmutador puede utilizar la tabla de reenvío creada con esta información para determinar a qué interfaces reenviar el paquete de multidifusión. . GMRP es un protocolo estándar desde hosts hasta conmutadores Ethernet que permite a los usuarios de multidifusión registrar miembros de multidifusión en conmutadores de capa 2. Entre muchos protocolos de enrutamiento de multidifusión, la multidifusión independiente del protocolo de modo disperso PIM-SM es actualmente el protocolo más utilizado.
En el dominio PIM-SM, los enrutadores que ejecutan el protocolo PIM-SM envían periódicamente mensajes de saludo para descubrir enrutadores PIM adyacentes y son responsables de elegir los enrutadores designados (DR) en la red de acceso múltiple. Aquí, el DR es responsable de enviar mensajes de unión/poda a los nodos raíz del árbol de distribución de multidifusión de los miembros de su grupo directamente conectados, o de enviar datos fuente de multidifusión conectados directamente al árbol de distribución de multidifusión. La especificación de multidifusión se publicó en 1989, pero su uso estaba restringido. Actualmente, no todos los enrutadores de Internet tienen capacidades de multidifusión. En este caso, los investigadores establecieron una red troncal de multidifusión (Mbone) para desarrollar y probar aplicaciones de protocolo de multidifusión en entornos existentes. Mbone admite el enrutamiento de paquetes de multidifusión sin interferir con el resto del tráfico de Internet.
Mbone es una red de experimentos realizados por voluntarios en varios continentes. Es una colección de subredes y enrutadores interconectados que admiten el transporte de tráfico de multidifusión IP. Como red virtual en Internet, Mbone crea túneles alrededor de enrutadores en Internet que no tienen capacidades de multidifusión.
Los túneles encapsulan paquetes de multidifusión en paquetes IP (paquetes de unidifusión) para pasar a través de redes que no admiten enrutamiento de multidifusión. Como se muestra en la Figura 5, MR3 y MR4 son enrutadores con capacidades de multidifusión que admiten el protocolo IGMP. Empaquetan los paquetes de multidifusión en paquetes de unidifusión para su envío y también extraen los paquetes de multidifusión de los paquetes de unidifusión recibidos. R1 y R2 son enrutadores sin funcionalidad de multidifusión. Transmiten paquetes de unidifusión encapsulados con paquetes de multidifusión, al igual que otros paquetes de unidifusión normales. La aplicación punto a multipunto se refiere al formulario de solicitud de un remitente y varios receptores, y es el formulario de solicitud de multidifusión más común.
Las aplicaciones típicas incluyen:
Difusión de medios: eventos programados como discursos, manifestaciones, reuniones, etc. Sus métodos de comunicación de medios tradicionales suelen utilizar la televisión y la radio. Estas aplicaciones normalmente requieren uno o más flujos de datos de velocidad constante. Cuando se emplean múltiples flujos de datos (como voz y video), a menudo es necesario sincronizarlos y tener diferentes prioridades. Suelen requerir mayor ancho de banda y menor fluctuación de latencia, pero los requisitos de latencia absoluta no son muy altos.
Media push: información dinámica clave no comercial como titulares de noticias, cambios climáticos, resultados deportivos, etc. Requieren un ancho de banda bajo y sin latencia.
Caché de información: replicación distribuida basada en archivos o actualizaciones de caché como información del sitio web, código de ejecución, etc. Tienen requisitos generales de ancho de banda y latencia.
Notificaciones de eventos: como hora de la red, programación de sesiones de multidifusión, números aleatorios, claves, actualizaciones de configuración, alarmas de red válidas u otra información útil. Sus requisitos de ancho de banda son diferentes, pero generalmente son relativamente bajos y sus requisitos de latencia también son promedio.
Monitoreo de estado: como precios de acciones, equipos de detección, sistemas de seguridad, información de producción u otra información en tiempo real. Este requisito de ancho de banda varía según el período de muestreo y la precisión; puede haber requisitos de ancho de banda de velocidad constante o de ancho de banda en ráfagas y, por lo general, los requisitos de ancho de banda y latencia son moderados. Las aplicaciones multipunto a multipunto se refieren a aplicaciones con múltiples remitentes y múltiples receptores.
Generalmente, cada receptor puede recibir datos enviados por varios remitentes y cada remitente puede enviar datos a varios receptores.
Las aplicaciones típicas incluyen:
Conferencias multipunto: normalmente, las aplicaciones de audio/vídeo y pizarra constituyen aplicaciones de conferencias multipunto. En una conferencia multipunto, diferentes flujos de datos tienen diferentes prioridades. Las conferencias multipunto tradicionales utilizan unidades de control multipunto dedicadas para coordinarlas y distribuirlas. Cualquier remitente puede enviar multidifusión directamente a todos los receptores, y la unidad de control multipunto se utiliza para controlar el piso actual. Esta aplicación requiere un gran ancho de banda y latencia.
Sincronización de recursos: Sincronización de bases de datos distribuidas como horarios, directorios e información. Sus requisitos de ancho de banda y latencia son promedio.
Procesamiento paralelo: como el procesamiento paralelo distribuido. Requiere un gran ancho de banda y latencia.
Procesamiento colaborativo: como la edición de documentos compartidos. Tiene requisitos moderados de ancho de banda y latencia.
Aprendizaje a distancia: se trata esencialmente de una aplicación de transmisión de medios más soporte para upstream (que permite a los estudiantes hacer preguntas al maestro). Tiene requisitos moderados de ancho de banda y latencia.
Grupo de discusión: similar a una conferencia multipunto basada en texto, también se pueden proporcionar algunas expresiones simuladas.
Simulación interactiva distribuida (DIS): Requiere gran ancho de banda y alta latencia.
Multijugador: El modo multijugador es una simulación interactiva distribuida simple con funcionalidad de grupo de discusión. Requiere un gran ancho de banda y latencia.
Jam Session: Se trata de una aplicación para compartir codificación de audio. Requiere un gran ancho de banda y latencia.
Solicitud multipunto a punto
La aplicación multipunto a punto se refiere al formulario de solicitud de varios remitentes y un receptor. Suele ser una aplicación de respuesta a solicitud bidireccional, y cualquier extremo (multipunto o punto) puede iniciar una solicitud. Las aplicaciones típicas incluyen:
Búsqueda de recursos: como la ubicación del servicio, que requiere un ancho de banda bajo y una latencia promedio.
Recopilación de datos: Es el proceso inverso de las aplicaciones de monitorización de estado en aplicaciones punto a multipunto. Puede enviarse de regreso al host de recopilación de datos mediante múltiples dispositivos sensores. Los requisitos de ancho de banda varían según el período de muestreo y la precisión, y puede haber requisitos de ancho de banda de velocidad constante o ancho de banda en ráfagas. Normalmente, estas aplicaciones tienen requisitos modestos de ancho de banda y latencia.
Subasta en línea: un subastador subasta productos y varios postores envían los precios al subastador.
Consulta de información: El interrogador envía una consulta y todos los consultados responden. Normalmente, esto requiere un ancho de banda menor y no es sensible a la latencia.
Juke Box: Por ejemplo, admite reproducción de audio y vídeo casi bajo demanda. Normalmente, el receptor envía la solicitud de rebobinado a la cola de despacho utilizando un mecanismo de protocolo "fuera de banda" como HTTP, RTSP, SMTP o multidifusión. Requiere un gran ancho de banda y una latencia modesta.